具体步骤分述如下
1、确定系统的模型
根据对系统的充分了解,建立一个真实系统的完整模型,并用状态空间描述之。这里包括选择状态变量,观察量,建立系统的动力方程和观察方程,以及建立误差的统计模型。同时建立地面计算机模拟试验用的“模拟器”。这些“模拟器”实质上是一套计算机程序。它模拟了噪声发生,传感器信息产生
及传递过程以及研究对象的运动等等。模拟器是滤波器模拟分析的工具和鉴别标准。2、建立完整滤波器及模拟试验
根据系统的完整模型建立一个最佳的完整滤波器。它包括了所有的误差源。其维数一般较高。完整滤波器用来反映一个精确工作的最佳滤波器性能,并作为鉴定简化滤波器的标准。同时建立一个地面计算机模拟分析程序工,对完整滤波器进行模拟鉴定。这种程序包括了详细的模拟器,并模拟了完整滤波器方程。模拟目的是鉴定一个精确工作滤波器所能达到的理论精度,当然它应该超过系统所希望的精度,否则就没有必要继续进行设计了。
3、建立简化滤波器及模拟试验
这项工作主要是简化系统。系统的完整模型一般比较复杂,完整滤波器的维数较高。例如,飞机导航方程可达、个变量。因此运算要求较高。实际应用中必须简化模型。先根据工程经验简化模型,设计出相应的简化滤波器,然后作理论上的模型误差分析,但更重要的是通过计算机模拟分析来完成设计和鉴定。这里同样要借助于地面计算机模拟分析程序。程序既包括了多种模拟器,反映了真实系统,又能方便地模拟简化滤波器方程。通过程序鉴定分析简化滤波器,并与完整滤波器结果作比机一边模拟分析,一边删去对总系统影响不大的状态量,最后完成了一个维数较少且能满足性能要求的简化滤波器,这阶段的工作反映了一个不完整滤波器在精确运算时的理论精度,它至少要达到系统所希望的精度。
4、建立确定性滤波器及模拟试验
这项工作是建立一个能在实际工作环境下实时完成系统任务的确定性滤波器。建立过程中要用各种滤波技术,使得滤波器对传感器误差恶化不灵敏,并能符合计算机实时要求、容量要求以及精度限制,而又能满足系统性能的要求。建立确定性滤波器,先是根据工程经验作理论上的设计和分析,而更重要的是利用了地面计算机模拟分析程序。
程序工是模拟实时工作的一套程序,它能灵活地模拟出实时计算机可变字长,定浮点运算以及传感器误差信息,并包括各类模拟器。实施模
拟分析时,先可使传感器的模型信息保持正确,而着重考虑如何采取措施来降低滤波计算量和存贮要求,并考虑滤波器对实时计算机的字长,定浮点运算的反应,确定字长和运算的类型。其次使传感器模型信息恶化,以考察滤波器对不精确统计模型的灵敏度,并作出相应的技术改进。最后得到一个次佳的确定性滤波器。
5、实时滤波器正式装订
系统试验对包括确定性滤波器的系统进行实时计算机程序设计,正式装订在机器里,然后进行系统试验和鉴定,这包括实验室模拟试验以及实时工作鉴定。如不满足要求,重复上述过程。从上面可看出,卡尔曼滤波器设计是一个极为细致的过程。简单的说来就是以系统性能指标为要求,以工程鉴定和试验为基础,产生能实际应用的滤波器。大量的工作就是设计各种滤波器的近似算法,应用计算机模拟分析程序来进行模拟鉴定,分析,最后确定滤波器的方案。上述过程可参见图。
